IT- Praktische Aspekte zur Erdschlussüberwachung

Abb. F56 – Positionen der grundlegenden Funktionen im 3-phasigen 3-adrigen IT-System

Abb. F55 – Grundlegende Funktionen in IT-Systemen und Beispiele für Produkte der Marke Schneider Electric

Min. erforderliche Funktionen	Komponenten und Geräte	Beispiele
Überspannungsschutz bei Netzfrequenz	(1) Überspannungsableiter	Cardew C
Erdungswiderstand (für Netze mit Impedanzerdung)	(2) Begrenzungsimpedanz	Impedanz Zx
Erdschlussüberwachung mit Alarm „Erstfehlerbedingung”	(3) Permanenter Isolationswächter mit Alarmfunktion	Vigilohm IM20 oder IM400
Automatische Fehlerbeseitigung bei einem zweiten Fehler und Überstromschutz des Neutralleiters	(4) Vierpolige Leistungsschalter (bei verteiltem Neutralleiter) alle 4 Pole lösen aus	Leistungsschalter Compact NSX oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Stelle des ersten Fehlers	(5) Fehlerortungsgerät im stromführenden System oder durch Öffnen der einzelnen Stromkreise	Vigilohm-System

Prinzip der Erdschlussüberwachung

Ein Generator eines sehr niederfrequenten Wechselstromes oder eines Gleichstromes (zur Reduzierung der Auswirkungen der Leitungskapazitäten auf vernachlässigbare Werte) erzeugt eine Spannung zwischen dem Sternpunkt des Versorgungstransformators und Erde. Diese Spannung lässt, entsprechend dem Isolationswiderstand gegen Erde der gesamten Anlage plus dem jedes angeschlossenen Gerätes, einen geringen Strom fließen.

Niederfrequenz-Messgeräte können in Wechselstromsystemen eingesetzt werden, die unter Fehlerbedingungen kurzzeitige Gleichstromkomponenten erzeugen. Einige Ausführungen können zwischen Ohmschem und kapazitivem Ableitstrom unter-scheiden.

Moderne Geräte ermöglichen die Messung von Fehlerstromverläufen, so dass ein erster Fehler verhindert werden kann.

Gerätebeispiele

Manuelle Fehlerortung

(siehe Abb. F57)

Der Generator kann ortsfest (Beispiel: IM400) oder tragbar sein (Beispiel: XGR zum Prüfen stromloser Stromkreise) und der Empfänger ist, ebenso wie die Strommesszangen, tragbar.

Abb. F57 – Nichtautomatische (manuelle) Fehlerortung

Automatische Fehlerüberwachung, -erfassung und -ortung

(siehe Abb. F58)

Der Isolationswächter IM400 überwacht permanent die Netzisolation (globaler Wert des Erdungswiderstands und der Ableitkapazität) und erkennt einen Isolationsfehler. Die Isolationsfehlerortungsgeräte IFL12 oder IFL12C melden, welcher der fehlerhafte Abgang ist.

Es ist keine Kabelverbindung zwischen dem Isolationswächter und den Isolationsfehlerortungsgeräten erforderlich.

Die Anzahl der Isolationsfehlerortungsgeräte ist nicht begrenzt.

Abb. F58 – Automatische Fehlerortung und Datenerfassung der Isolationswiderstandswerte

IM400 und IFL12C unterstützen die Modbus-RS485-Kommunikation, wodurch Informationen zur Isolationsüberwachung an eine Überwachungseinheit gesendet werden können. Dadurch wird die Vermeidung und Lösung von Situationen durch Isolationsfehler erheblich erleichtert.

Einrichtung von stationär installierten Isolationswächtern

Anschluss

Der stationär installierte Isolationswächter wird normalerweise zwischen dem Sternpunkt (oder dem künstlichen Sternpunkt) des Versorgungstransformators und dessen Erdungsanschluss angeschlossen.

Versorgung

Die Spannungsquelle des stationär installierten Isolationswächters muss außerordentlich betriebssicher sein. Im Allgemeinen wird er direkt durch die zu überwachende Anlage durch Überstromschutzgeräte mit entsprechendem Bemessungskurzschlussstrom versorgt.

Schwellwerteinstellungen

Einige nationale Normen empfehlen eine Frühwarnschwelle von 20 % unterhalb des Isolationspegels der neuen Anlage. Dieser Wert ermöglicht die Erfassung einer Reduzierung der Isolationsqualität, die bei einem beginnendem Fehler vorbeugende Wartungsmaßnahmen erforderlich macht.

Der Schwellwert für einen Erdschlussalarm wird sehr viel niedriger eingestellt.

Die zwei Schwellwerte können z.B. wie folgt eingestellt werden:

• Isolationspegel der neuen Anlage: 100 kΩ
• ungefährlicher Kriechstrom: 500 mA (Brandrisiko bei > 500 mA)
• kundenseitig eingestellte Anzeigewerte:
  • Schwellwert für vorbeugende Wartung: 0,8 x 100 = 80 kΩ
  • Schwellwert für Kurzschlussalarm: 500 Ω

Hinweise:

• Nach einer langen Stillstandsdauer, während der die gesamte Anlage oder Anlagenteile ausgeschaltet waren, kann sich der Isolationswiderstandswert, klimatisch bedingt, verringert haben. Diese Tatsache ist hauptsächlich auf den Fehlerstrom auf der feuchten Isolationsoberfläche zurückzuführen. Dies führt jedoch nicht zu einer Fehlerbedingung und die Oberflächenfeuchtigkeit verringert sich durch den normalen Temperaturanstieg der stromführenden Leiter schnell.
• Der permanente Isolationswächter (XM) kann die Ohmschen und kapazitiven Stromkomponenten der Erdkriechströme separat messen, und er leitet somit den wahren Isolationswiderstand aus dem permanenten Gesamtfehlerstrom her.

Auftreten eines zweiten Fehlers

Ein zweiter Erdschluss in einem IT-System (wenn er nicht im selben Leiter auftritt, wie der erste Fehler) stellt einen Fehler zwischen den Außenleitern oder zwischen Außenleiter und Neutralleiter dar. Unabhängig davon, ob dieser Fehler im gleichen Stromkreis auftritt wie der erste Fehler oder in einem anderen Stromkreis, wird die Fehlerbeseitigung normalerweise automatisch durch Überstromschutzgeräte (Sicherungen oder Leistungsschalter) durchgeführt.

Die Einstellwerte von Überstromauslösern und die Bemessungswerte von Sicherungen sind die grundlegenden Parameter zur Festlegung der maximalen Leitungslänge, um einen zufriedenstellenden Schutz zu gewährleisten (siehe Abschnitt Automatische Abschaltung bei einem zweiten Fehler im IT-System).

Hinweis: Unter normalen Bedingungen führt der Fehlerstromweg durch den gemeinsamen PE-Leiter, der alle berührbaren leitfähigen Anlagenteile verbindet, so dass die Fehlerschleifenimpedanz niedrig genug ist, um einen angemessenen Fehlerstromwert sicherzustellen.

Bei unvermeidbar großen Stromkreislängen und besonders bei separat geerdeten Geräten eines Stromkreises (so dass der Fehlerstrom durch zwei Erdungsanschlüsse fließt), ist eine zuverlässige Überstromauslösung nicht möglich.

In diesem Fall wird ein Schaltgerät mit Fehlerstromschutz in jedem Stromkreis der Anlage empfohlen.

Ist ein IT-System über einen Widerstand geerdet, muss dennoch sorgfältig geprüft werden, ob das Schaltgerät mit Fehlerstromschutz nicht zu empfindlich ist oder ob ein erster Fehler zu einer unbeabsichtigten Auslösung führen kann. Schaltgeräte mit Fehlerstromschutz lösen gemäß den IEC-Normen bei Werten von 0,5 I_∆n bis I_∆n aus, wobei I_∆n der eingestellte Nennfehlerstrom ist.